不良地質(zhì)條件下的深基坑施工技術(shù)研究

楊開強(qiáng)，周澤林

（中國十九冶集團(tuán)有限公司重慶分公司，重慶 401120）

0 引言

基坑逆作法作為一種先進(jìn)的基坑施工工藝，具有施工安全、快速、及時等優(yōu)點(diǎn)[1]，特別是對于軟弱易塌等巖土層，因地形自上而下分層分段開挖，釆用力學(xué)平衡原理預(yù)支護(hù)技術(shù)，同層開挖一段、支護(hù)一段，下級臺階必須在上級臺階支護(hù)完畢達(dá)到一定強(qiáng)度后再行開挖。

大量的工程實踐表明，逆作法非常適用于軟土、軟巖深基坑，但是在巖體極其破碎、易塌孔的情況下，錨桿鉆孔摩阻力增大，容易發(fā)生溫度升高、卡鉆，甚至鉆頭無法取出的情況，從而影響施工效率[2-4]。在大體量深基坑邊坡支護(hù)過程中，采取分段分層支護(hù)施工，常常不能在雨季來臨前及時完成支護(hù)。針對上述問題，本文結(jié)合在建的江龍高速復(fù)興長江大橋錨碇深基坑項目，介紹了順向破碎地層基坑逆作開挖方法、淺孔松動爆破技術(shù)、順向破碎地層錨桿成孔工藝施工的關(guān)鍵技術(shù)控制。同時，探討了基坑降排水施工及監(jiān)測關(guān)鍵工序質(zhì)量控制措施，研究結(jié)論對類似條件下的錨碇深基坑工程施工具備一定的參考價值。

1 工程概況

1.1 橋梁基坑概況

重慶江龍高速公路云陽復(fù)興長江大橋主橋采用大跨度懸索橋方案，橋面寬度37m（雙向6車道+人行道），橋跨布置為：（49+2×56+49）組合梁+1208m簡支鋼箱梁懸索橋+3×40m裝配式T梁，全長1543m。南北岸錨碇結(jié)構(gòu)相同，均采用重力式錨碇。錨碇底面尺寸：長為25.5m，寬為68m；頂面尺寸長為54.5m，寬為91.0m，基底高程江口岸為205m，龍缸岸為208.3m，錨體高32m。錨碇區(qū)基坑開挖后，邊坡高度江口岸為20～54m，龍缸岸為30～90m，主要為泥巖和砂巖組成的巖質(zhì)邊坡，上覆少量素填土。基坑邊坡最大坡度為1:0.3，最小坡度為1:0.65，最高處邊坡有10級，最低處為3級，單級邊坡高度為9m?；幼畲箝_挖土石方量為17萬m3?；兹菰S承載力不小于850kPa。錨碇結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 錨碇結(jié)構(gòu)示意

江口岸錨碇位于長江北岸斜坡上部的原廢棄廠內(nèi)的后側(cè)平臺上，平臺上下斜坡地形相對較緩。江口岸錨碇以泥巖夾局部薄層砂巖為主，巖質(zhì)邊坡為順向坡，基巖巖層產(chǎn)狀12°～18°，巖體可能沿巖層層面滑動破壞，斜坡地形較陡，地形坡角一般為5°～25°，局部人工擋墻陡坎達(dá)80°，坡頂高程最高約241.7m。橋址區(qū)橫跨長江，長江為地下水的排泄基準(zhǔn)面，橋址區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單，地下水以其儲存形式分為松散層孔隙水和基巖裂隙水。錨碇基礎(chǔ)典型地質(zhì)柱狀圖如圖2所示。

圖2 錨碇基礎(chǔ)地質(zhì)柱狀圖

1.2 施工重難點(diǎn)分析

（1）該橋計劃錨碇基坑施工時間正值雨季，基坑開挖后土層宜塌、邊坡穩(wěn)定性較差，及時支護(hù)難度較大。且臨近長江施工，環(huán)保、水保要求高。

（2）基坑頂至基坑底的最大邊坡高度達(dá)90m，基坑開挖邊坡位于陡坡地形，施工難度大。

（3）基坑邊坡存在既有建筑物，開挖前需要先改移既有村道，對既有高壓線鐵塔進(jìn)行防護(hù)，施工安全風(fēng)險高、施工進(jìn)度緩慢。

（4）基坑邊坡含富水地層，錨桿孔注漿難度大，質(zhì)量要求高。

（5）便道彎道多、縱坡大、線路長，出渣路線安全風(fēng)險高。

綜上所述，該懸索橋錨碇基坑采用抗滑樁、錨桿（索）框架梁加噴錨防護(hù)，最長錨索達(dá)30m，施工組織困難，技術(shù)難度大，質(zhì)量要求高。為避免在施工過程中出現(xiàn)邊坡坍塌、既有建筑物損壞、錨孔注漿效果差等安全質(zhì)量事故，有必要對其施工工藝技術(shù)進(jìn)行充分研究。

2 軟弱地質(zhì)順層逆作法開挖施工控制技術(shù)

2.1 錨碇基坑土石方開挖技術(shù)

深基坑逆作法施工的關(guān)鍵技術(shù)為地層預(yù)支護(hù)技術(shù)，即主要利用力學(xué)平衡技術(shù)，先對軟弱巖層進(jìn)行預(yù)加固，通過修筑抗滑樁、噴錨或錨桿（索）框架梁對最上一級基坑進(jìn)行加固，待上一級支護(hù)強(qiáng)度滿足要求后，才允許施作下一級，施工流程為測量放樣→施作坡頂截水溝、擋塊和防護(hù)欄→先分級后分層再分段開挖，逐級開挖，逐級防護(hù)，及時施作排水溝→循環(huán)至基坑底層開挖→及時施作集水井及匯水溝。

2.1.1 開挖較平地形錨碇基坑

平地錨碇基坑開挖需因地制宜、分級分層分段開挖，及時跟進(jìn)防護(hù)。每級分不同厚度的小層，每層按日可施作防護(hù)面積，再分為大致相同的小段，按流水施作防護(hù)，開挖一段施作一段。每層先開挖四周，便于及時施作防護(hù)和排水，每段基坑按拉溝槽式開挖，平距宜不大于6m。

具體施作步驟如下：

（1）紅線內(nèi)清表，修筑坡頂截水溝；

（2）基坑范圍內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場實際地形修筑“之”字形馬道，便于機(jī)械通行；地表土層或中間頁巖層可直接使用兩臺鉤機(jī)，配合挖掘機(jī)開挖，為提高開挖效率，砂巖宜采用松動爆破開挖方式，通過頂級出碴通道運(yùn)至棄碴場；

（3）修筑第二級出碴通道。修筑邊坡“之”字形馬道。自上而下逐層挖除土石方，通過場內(nèi)馬道運(yùn)輸至棄土場；

（4）修筑第三級出碴通道，盡量接近錨碇基坑底開槽，防止通道縱坡過大，便于車輛起步運(yùn)輸；

（5）便道坡陡彎急，在明顯位置設(shè)置交通安全警示標(biāo)志，出碴通道出口宜與既有村道相連。

2.1.2 開挖較陡坡地形錨碇基坑

開挖陡坡地形基坑與較平緩地形基坑的最大區(qū)別在于：

（1）陡坡地形需要在坡面上修筑直通便道，而非只采用“之”字形馬道；

（2）陡坡地形開挖前，應(yīng)做好坡面防護(hù)，避免滾石。

陡坡地形錨碇基坑開挖分級示意圖如圖3所示。

圖3 陡坡地形錨碇基坑開挖分級示意圖

2.2 淺眼松動爆破控制技術(shù)

施工中，主要采用控制爆破方式開挖錨碇基坑；對距基坑邊坡2m范圍外的巖石，采用松動爆破方式；距基坑邊坡2m范圍以內(nèi)的巖石，采用光面爆破；基底以上留1m厚巖層，采用人工配合機(jī)械突擊開挖。

爆破工藝流程：測量布孔→鉆孔→裝藥→堵塞→聯(lián)網(wǎng)→設(shè)置防護(hù)→警戒→起爆→爆后檢查，清除瞎炮及危石→解除警戒→裝運(yùn)石碴→下一循環(huán)。

錨碇基坑每層開挖深度為4m，使用潛孔鉆機(jī)鉆孔，垂直淺孔微差爆破，梅花形交錯布孔，炮孔孔徑宜為D=90mm，堵塞材料選用鉆孔巖粉或砂與土的混合物，利用導(dǎo)爆管雷管起爆。淺孔爆破參數(shù)如表1所示。

松動爆破起爆選用當(dāng)前最為安全可靠的電+非電導(dǎo)爆混合起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)和主體網(wǎng)路連接均使用導(dǎo)爆管雷管，最終由電雷管引爆[5]。

采用毫秒微差起爆方法，起爆方式根據(jù)待爆巖體條件，采用排間起爆，排間間隔時間70ms。松動爆破起爆網(wǎng)路連接示意圖如圖4所示。

圖4 松動爆破起爆網(wǎng)路連接示意圖

鉆孔方向平行于坡度方向，沿開挖輪廓線布置，采用小直徑藥卷間隔裝藥，同段位采用導(dǎo)爆管雷管或?qū)П髌鸨?。為了減輕爆破振動影響，采用導(dǎo)爆索分段起爆，各段之間分別采用毫秒電雷管引爆。光面爆破分段起爆網(wǎng)路連接示意圖如圖5所示。

圖5 光面爆破分段起爆網(wǎng)路連接示意圖

3 順層破碎地層錨桿（錨索）施工控制技術(shù)

3.1 超深孔質(zhì)量控制

3.1.1 鉆孔孔位控制

坡面孔位放樣前，應(yīng)先進(jìn)行坡面清理，將坡面虛碴清除干凈，有突石的地方要作鑿平處理，凹進(jìn)去的地方應(yīng)使用同標(biāo)號混凝土（C20）進(jìn)行嵌補(bǔ)，坡面處理干凈、平整后，對坡面坡度、平整度進(jìn)行復(fù)測驗收，保證坡面成一個平整面。坡面修整完成后，采用廣線法放樣出錨桿孔及泄水孔點(diǎn)位，并用紅油漆標(biāo)注出，拉廣線時，應(yīng)采用通長拉法，保證錨桿（錨索）位于框架梁交點(diǎn)中心處，嚴(yán)禁錨桿（錨索）邊施工邊放樣。

3.1.2 鉆孔過程質(zhì)量控制

鉆孔前，調(diào)整鉆機(jī)位置，確保錨桿孔水平誤差、高程誤差、鉆孔傾角和方向符合設(shè)計要求，為確保錨桿孔孔壁注漿粘結(jié)性能和避免擾動孔內(nèi)四周地質(zhì)穩(wěn)定性，不能采用水鉆成孔，而應(yīng)采用干鉆成孔，過程中做好巖粉采樣，及時判別地質(zhì)巖層性質(zhì)，必要時調(diào)整錨桿設(shè)計參數(shù)，確?；舆吰洛^固整體穩(wěn)定性。

在地表層或松軟破碎地質(zhì)層等宜塌地層中施鉆時，可采取孔壁四周預(yù)加固處理技術(shù)，如灌水泥漿或套管跟進(jìn)。

錨孔孔深宜比錨固深度深10～20cm，當(dāng)巖層破碎、穩(wěn)定性差時，要適當(dāng)加深鉆孔。鉆到位后，采用高壓風(fēng)（風(fēng)壓0.2～0.4MPa）清孔，孔內(nèi)不允許有積水、巖粉等，避免降低水泥漿液與巖質(zhì)孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度。驗孔過程中，要求鉆頭平順推進(jìn)，不產(chǎn)生沖擊或抖動，確?？變?nèi)暢通，便于順利插錨。插錨前，應(yīng)保護(hù)好孔口，避免堵塞。

3.1.3 錨孔注漿質(zhì)量控制

注漿漿液宜采用水泥砂漿，其配比經(jīng)試驗驗證后執(zhí)行。漿液應(yīng)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，初盤攪拌時間不宜低于2min，隨拌隨用，中途停歇不應(yīng)超過初凝時間，應(yīng)連續(xù)注漿直至注漿結(jié)束，注漿過程嚴(yán)防雜物混入漿液中。

漿液應(yīng)經(jīng)試驗檢測合格后方可使用，其漿體流動性、泌水率應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范要求。注漿管應(yīng)做泌水性試驗，試驗壓力不低于1MPa，確保漿液壓至鉆孔底部。

開始注漿前，將注漿管插入孔底，正式注漿前，進(jìn)行試驗孔注漿，漿液返回至孔口，直至流出新鮮漿液，停止注漿。每孔應(yīng)在初凝時間前補(bǔ)注漿2～3次，確?？卓跐{體充盈，試驗成功后，開始大面積錨桿孔注漿。

錨桿孔漿體養(yǎng)護(hù)時間不少于7天，養(yǎng)護(hù)期間，避免擾動錨桿頭。

3.2 錨索張拉質(zhì)量控制

壓力分散型錨索采用φ15.2mm高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求后，才能張拉錨索體，張拉前做好充分準(zhǔn)備，落實安全保障措施，核實張拉千斤頂和油表配套檢校，認(rèn)真檢查錨索型號規(guī)格是否符合設(shè)計要求，驗算錨索設(shè)計引伸量，做好安全技術(shù)交底。錨索張拉前檢查錨索工作長度、錨斜托中心、錨板中心及千斤頂中心，使三心同軸。張拉應(yīng)分級進(jìn)行，以張拉力控制為主，伸長量校核，適時進(jìn)行一次補(bǔ)償張拉，張拉鎖定后，需先進(jìn)行補(bǔ)注漿，后封錨頭，注漿壓力宜為0.5～0.7MPa。

4 監(jiān)控量測技術(shù)

4.1 監(jiān)測周期及頻率

從基坑開挖開始至錨碇基坑回填完畢后，連續(xù)三天的監(jiān)測數(shù)值穩(wěn)定即可停止監(jiān)測，基坑開挖施工期間應(yīng)每天至少監(jiān)測1次。

4.2 監(jiān)測點(diǎn)布置

基坑監(jiān)測主要設(shè)置水平位移監(jiān)測點(diǎn)和豎向位移監(jiān)測點(diǎn)，沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊均勻布置，中部、拐點(diǎn)處應(yīng)加密布置?；娱_挖深度每增加8～10m，沿基坑周邊增設(shè)一監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)間距不宜大于20m，拐點(diǎn)之間距離小于20m時，中間可不設(shè)，距離大于20m時，在中間設(shè)置一組測點(diǎn)。

4.3 監(jiān)測預(yù)警

當(dāng)基坑頂或坡面出現(xiàn)較嚴(yán)重的突發(fā)裂縫，或坑內(nèi)出現(xiàn)滲漏、流砂、管涌、隆起或陷落時，應(yīng)立即報警，其他情況根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2019）規(guī)定進(jìn)行解決。基坑報警值如表2所示。

表2 錨碇基坑變形監(jiān)測預(yù)警值

5 結(jié)論與建議

本文結(jié)合復(fù)興長江大橋錨碇工程實踐，介紹了順層邊坡破碎地質(zhì)條件下，深基坑開挖施工控制技術(shù)要點(diǎn)，并著重對大體量深基坑開挖施工工藝技術(shù)、邊坡防護(hù)錨桿（錨索）鉆孔技術(shù)、淺眼松動爆破控制技術(shù)、錨孔注漿工藝控制和關(guān)鍵工序質(zhì)量保障控制措施進(jìn)行了研究。結(jié)論如下：

（1）陡坡地形基坑開挖時，應(yīng)因地制宜選用出碴通道。平地地形基坑場平，出碴宜采取“之”字形出碴通道；陡坡地形基坑場平，宜采取環(huán)形或直形出碴通道；

（2）在破碎巖層和易塌地層中，采用灌漿固壁和套管全程跟進(jìn)，通過水泥漿液穩(wěn)固巖壁、套管支撐巖壁，經(jīng)試驗驗證，適合在破碎泥巖和砂巖中鉆進(jìn)；

（3）破碎地層中基坑開挖時，宜采用淺眼松動爆破工藝，為防止爆破過程影響周邊建構(gòu)筑物及危巖帶，應(yīng)合理安排施工順序，采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，垂直淺孔毫秒微差爆破。離邊坡附近2m范圍內(nèi)的巖石采用光面爆破效果好，利于邊坡修整防護(hù)；

（4）注漿宜分次進(jìn)行，間隔時間30min，漿液流動性、泌水率指標(biāo)必須符合要求，注漿管承受壓力不低于注漿壓力，錨索張拉應(yīng)分級進(jìn)行，嚴(yán)格控制張拉應(yīng)力，校核伸長量；

（5）基坑開挖期間，每天至少監(jiān)測1次，堅持每天上報監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測變形速率或累計變形絕對值超過規(guī)定時，第一時間向直接負(fù)責(zé)人報警。

另外，本文同時討論了順層破碎地層中基坑逆作法開挖防護(hù)控制方法、錨桿（錨索）鉆孔控制要求、錨孔注漿控制要求、錨索張拉控制等，得出的結(jié)論可供同類工程參考。